一種船舶軌跡的實時化簡方法
【專利摘要】船舶在航行時存在通信設備的干擾，信號衰減等因素，因此來自海上航行船舶的GPS定位數據可能存在信號失真等情況。船舶的航行狀態較為穩定，航向是通過緩慢的累計發生改變的，因此其帶寬度肥大，曲度平緩。結合以上實際，本文以實時化簡為背景，以一種簡單的(只要求移動對象的位置信息)新的實時軌跡化簡方法為核心，建立一種船舶軌跡的實時化簡機制。在坐標下對船舶的位置信息點進行計算，確定需要保留的點，減小了網絡通信量和存儲空間。
【專利說明】
-種船舶軌跡的實時化簡方法
技術領域：
[0001] 本發明設及船舶軌跡跟蹤定位，具體設及一種船舶軌跡的實時化簡方法。
【背景技術】：
[0002] 隨著社會進步和科技進步，物流產業也得到了飛速的發展。船舶是其中的一種重 要的載體。在船舶的正常行駛過程中，其位置信息會不斷的更替。大量的數據一方面造成了 傳輸和處理的壓力，增大了開銷。另一方面可能造成數據的冗余。雖然目前有較多的移動對 象軌跡化簡方法，但一方面軌跡的實時化簡算法較少，另一方面針對船舶航跡特點的也很 少。本文在此背景下提出一種針對船舶的軌跡實時化簡方法。
[0003] 移動對象軌跡化簡問題是當下比較熱點的問題之一，移動對象本質上是隨時間而 變化的幾何實體。移動對象軌跡具有不確定性，運包括時態不確定性和區域不確定性。在處 理運類問題時，我們可W為原始軌跡設置一個闊值th，運時我們可W得到一個圍繞軌跡的 =維圓柱形緩沖區域。假設移動對象的實際位置偏離了預計位置的距離達到或者超過了 th，移動對象將更新數據庫服務器。
[0004] 船舶在航行時存在通信設備的干擾，信號衰減等因素，因此來自海上航行船舶的 GPS定位數據可能存在信號失真等情況，因此可對船舶軌跡進行壓縮化簡。就船舶而言，其 航行狀態較為穩定，航向是通過緩慢的累計發生改變的，因此其帶寬度肥大，曲度平緩。結 合W上實際，本文W實時化簡為背景，W-種簡單的（只要求移動對象的位置信息)新的實 時軌跡化簡方法為核屯、，建立一種船舶軌跡的實時化簡方法。在坐標下對船舶的位置信息 點進行計算，確定需要保留的點，減小了網絡通信量和存儲空間。
【發明內容】
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[0005] 船舶軌跡化簡可認為是對散列的軌跡點進行線性近似。在本方法中選取扇形來匹 配扇形的運動軌跡，并考慮到實際場景中GI^本身存在的定位誤差。設計了一種針對船舶軌 跡的實時化簡方法。
[0006] 在本文的化簡方法中，為了減小計算規模和總體開銷。將GI^定位得到的船舶的位 置信息（由經締度表示)轉換成極坐標系下的各個點，并W初始定位得到的點作為極坐標系 的極點。該化簡方法要求在化簡開始之前手動輸入誤差闊值st_error，此處需要說明的是 對于同一串船舶的軌跡信息，不同的st_error有不同的結果。船舶在開始定位得到自己的 前兩個初始位置01，02時，Woi為極點建立極坐標系，并計算02與Ol的關系將02加入極坐標 系。當接收到第立個位置點信息03時，Woi為扇形頂點，過〇1，〇2和〇1，〇3的兩條線段為邊，并 W兩者中較長的一個作為半徑構造最小邊界扇形。此時的實際扇形面積記為Ssec,扇形的頂 角記為0。假設W扇形的一條邊和角平分線為另一條邊的等腰=角形的底長為d。在頂點為 01，頂角為e的所有扇形中，選取d = st_error的扇形，并根據扇形面積公式計算其面積為
判斷Ssec和Smax的大小，若Ssec > Smax，則向服務器更新該移動對 象的位置信息，否則繼續等待接受下一位置點信息。從接收到的第四個位置點04開始，首先 重新構造最小邊界扇形，判斷扇形的頂角是否還是9。在0不變的情況下，若Ssec>Smax，則向 服務器更新該移動對象的位置信息，否則繼續等待接受下一位置點信息。假設e的大小發生 變化，則重新計算Smax，再與SseG比較大小。
[0007]本文方法的具體實施步驟可表示如下：
[000引輸入:船舶實時定位得到的各位置點信息；
[0009] 輸出：篩選后將要發送到數據庫的位置點信息；
[0010] 預設值:距離誤差sLerror;
[OOW 步驟1打開GPS開始定位，得到前兩個位置點信息01，02。視Oi為不可化簡的點，發 送其位置信息到數據庫。并Woi為極點，過01，02的直線為極軸建立極坐標系；
[0012] 步驟2根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步。否則等待下 一個位置點信息03的到來，構造最小邊界扇形，確定頂角0的大小，計算Ssec和Smax的大小。如 果Ssw>Smax，則跳至第4步。否則繼續等待新的位置點信息；
[0013]
[0014] 步驟3根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步。否則等待下 一位置點〇i(i>4)信息的到來，重新構造最小邊界扇形，計算扇形的實際面積SseG;接著判 斷頂角e的大小是否改變，若改變則重新計算Smax，當頂角0不變時Smax不變。如果Ssec> Smax， 則跳至第4步。否則繼續等待新的位置點信息；
[0015] 步驟4當前條件已滿足向服務器更新條件，在當前構造的扇形中若某點〇i(3《i 《n)滿足其前2個或2個W上的點位于扇形角平分線的一側或角平分線上，而Oi位于角平分 的另一側或角平分線上，則將運些點也發送到服務器端;最近接受的點Ok為不可化簡的點 發送到服務器端，調至第5步。
[0016] 步驟5根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步。否則Wok為 新的扇形頂點，繼續接收新的位置點信息〇k+l，Ok+2。構造最小邊界扇形，確定頂角0的大小， 計算Smax的大小。跳至第3步；
[0017] 步驟6定位結束，最后一個點是不可化簡的點，發送最后一個點的信息到數據庫。
[0018] 本方法的的實現步驟可由W下偽代碼表示，其中st_error表示用戶輸入的誤差闊 值，Traj表示原始數據集合;函數化lcMBS(buf ,point)用于計算當前的最小邊界扇形;其中 buf表示存儲歷史軌跡點的集合，point表示最新得到的位置信息。函數area(newMBS)用于 計算當前構造的扇形面積。newMBS表示當前扇形信息，函數化1 cCen (newMBS)用于計算當前 扇形的圓屯、角大小；Calcarea(目，sLerror)用于計算在給定闊值sLerror和圓屯、角目下的 理論面積；函數keypoint(point)用于判斷滿足更新條件時，當前點是否要向服務器端更 新。函數Boundinfof (newMBS)用于獲取當前扇形的邊界信息包括扇形中屯、點坐標，W及距 離該坐標點的最大值和到中屯、點與X軸所成最大角、最小角四個數據。
[0019]
[0020] 本方法的創新；
[0021] 1.基于目前的軌跡化簡算法的現狀，W實時化簡和船舶軌跡為背景，建立了一套 船舶軌跡的實時化簡機制，運套機制有較強的運用背景。
[0022] 2.本方法對硬件設備要求低，僅要求船舶的基本位置信息，對船舶速度、方向等信 息并無要求。是一種簡單高效的軌跡化簡方法。
[0023] 3.本方法的計算量較小，在整體開銷無明顯增加的前提下，保留了更多、更關鍵的 軌跡特征，提高了化簡軌跡的還原度。
[0024] 配圖說明方法流程：
[0025] W初始的位置點，作為極坐標系原點，建立極坐標系。坐標系中每個點代表一船舶 一次定位得到的位置點。
[0026] 圖1為本方法的流程示意圖。開始定位，并接收前2點〇1，〇2的位置點信息，并Woi為 極點，過〇1，〇2的直線為極軸建立極坐標。向服務器更新Oi的位置點信息。接收03的信息后構 造最小邊界扇形，計算頂角0和理論最大面積Smax W及扇形面積Sse。，此時Ssec< Smax不滿足更 新條件。等待接收04的位置點信息，構造最小邊界扇形頂角0大小不變，計算得Ssea<Smax不 滿足更新條件。等待接收05,構造最小邊界扇形后發現0大小改變，重新計算在新的頂角0下 的最大面積Smax,比較得SseE< Smax,繼續接收06位置點信息。接收06后構造的扇形頂角0不變， Ssec< Smax，不更新位置點信息。接收07，新構造的扇形頂角仍不變，且Ssec< Smax，不更新移動 對象位置信息。接收08后構造的扇形頂角0不變，但Sset>Smax。滿足更新條件，判斷發現05， 〇7,〇8滿足步驟4中描述的條件。因此向服務器發送點〇5,〇7,〇8的相關信息;此時的定位尚未 結束。Wos為定位起點和扇形的頂點，等待09,010的相關信息的到來，重新構造最小邊界扇 形，計算頂角e的大小。計算Smax和Sse。的大小并進行比較。重復上述步驟至定位結束。
【主權項】
1. 一種船舶軌跡的實時化簡方法，船舶的位置點信息由GPS定位得到，其特征在于包括 如下步驟： 步驟1打開GPS開始定位，得到前兩個位置點信息〇1，〇2;視〇1為不可化簡的點，發送其位 置信息到數據庫，并以〇1為極點，過〇1，〇2的直線為極軸建立極坐標系； 步驟2根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步;否則等待下一個位 置點信息〇3的到來，構造最小邊界扇形，確定頂角Θ的大小，計算Sse3。和Smax的大小；如果Sse3。 > Smax，則跳至第4步，否則繼續等待新的位置點信息； 步驟3根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步，否則等待下一位置 點〇1(i多4)信息的到來，重新構造最小邊界扇形，計算扇形的實際面積Sse3。;接著判斷頂角Θ 的大小是否改變，若改變則重新計算smax，當頂角Θ不變時Smax不變;如果Sse3C;> Smax，則跳至第 4步，否則繼續等待新的位置點信息； 步驟4當前條件已滿足向服務器更新條件，在當前構造的扇形中若某點〇1(3<1<11)滿 足其前2個或2個以上的點位于扇形角平分線的一側或角平分線上，而〇1位于角平分的另一 側或角平分線上，則將這些點也發送到服務器端;最近接受的點〇k為不可化簡的點發送到 服務器端，調至第5步。 步驟5根據GPS是否關閉判斷定位是否結束，若定位結束跳至第6步，否則以〇1{為新的扇 形頂點，繼續接收新的位置點信息〇k+l，0k+2 ;構造最小邊界扇形，確定頂角Θ的大小，計算Smax 的大小;跳至第3步； 步驟6定位結束，最后一個點是不可化簡的點，發送最后一個點的信息到數據庫。2. 根據權利要求1所述的一種船舶軌跡的實時化簡方法，其特征是：步驟1，2，3在極坐 標系中以01為極點和扇形頂點構造扇形，在頂角Θ確定時，結合給定閾值st_erro;r能計算出 Θ和s t_err or下的最大扇形面積Smax，之后以扇形的實際面積s se3。與Smax的大小作為是否向服 務器更新位置信息的判斷依據;實際面積Sse。大于s max，則認為要更新移動對象位置信息。3. 根據權利要求1所述的一種應用于船舶軌跡簡化方法，其特征是：步驟4中在滿足更 新條件時，判斷已接收的點是否滿足其前2個或2個以上的點位于扇形角平分線的一側或角 平分線上，而已接收的點本身位于角平分的另一側或角平分線上;若滿足則將該點位置信 息發送到服務器端。
【文檔編號】G01S19/42GK106019338SQ201610297475
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】張家碧, 楊智應
【申請人】上海海事大學